DE1904789A1

DE1904789A1 - Maske zur Abbildung von Mustern auf lichtempfindlichen Schichten

Info

Publication number: DE1904789A1
Application number: DE19691904789
Authority: DE
Inventors: Dr Klaus Hennings; Hans Meyer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3758326A; JPS504315B1; GB1292585A; FR2029801A1

Description

Licentia Patent-VerwaXtungs~GmbH
Frankfurt/Main, Theodor~3tern-Kai 1

Heilbronn, den 29«, 1. 1969 PT-La/nä - HN 69/I

"Maske zur Abbildung von Mustern auf
lichtempfindlichen Schichten"

Nach der modernen Planartechnik werden Halbleiterbauelemente bekanntlich dadurch hergestellt, daß Halbleiterzonen in bestimmte Bereiche eines Halbleiterkörpers, im
allgemeinen von einer Oberflächenseite aus, eindiffundiert werden. Die Diffusion erfolgt durch Diffusionsfenster in einer auf der Halbleiteroberfläche befindlichen diffusionshenunenden Schicht, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder aus Siliziumnitrid besteht«

Die in den Halbleiterkörper diffundierten Bereiche müssen ganz beetimete geometrische Abmessungen haben und gegeneinander sowie bezüglich des Halbleiterkörpers möglichst exakt justiert sein. Diese Forderungen kann man, vor allem auch im Hinblick auf die äußerst geringen Abmessungen der in den Halbleiterkörper diffundierten Bereiche, mit Hilfe der sogenannten Photolacktechnik erfüllen, bei der auf di· diffusionshemmande Schicht eine Photolackachicht

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aufgebracht, mittels einer Maske strukturiert belichtet und anschließend ein dem Diffusionsfenster entsprechender Bereich aus der Photolackschicht mittels des Entwicklers herausgelöst wird. Die strukturierte Photolackschicht dient dann beim Herausätzen des Diffusionsfensters aus der diffusionshemmenden Schicht als Ätzmaske, wobei natürlich eine Ätzlösung verwendet werden muß, die die Photolackschicht nicht angreift, sondern nur die diffusionshemmende Schicht.

Unter einer strukturierten Belichtung ist folgendes zu verstehen. Besteht die Photolackschicht aus einem sogenannten Positivlack, so wird beim strukturierten Belichten zur Herstellung eines Diffusionsfensters nur derjenige Bereich der Photolackschicht belichtet, der über dem späteren Diffusionsfenster liegt und zur Herstellung des Diffusionsfensters aus der Photolackschicht herausgelöst werden muß. Dies erreicht man aiit Hilfe einer Photomaske, die mit Ausnahme eines auf die Photolackschicht abzubildenden Bereiches, des sogenannten Musters, lichtundurchlässig ist. Eine solche Photomaske besteht beispielsweise aus einer Glasplatte, die «it Ausnahme des Musters geschwärzt ist. Da der Diffusionsbereich im allgemeinen sehr klein ist, ist bei diese* Verfahren fast die gesamte Glasplatte lichtundurchlässig, so daß es er-

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hebliche Schwierigkeiten bereitet, die bis auf einen sehr kleinen Bereich lichtundurchlässxge und deshalb den Halbleiterkörper fast völlig verdeckende Maske auf bestimmte Stellen des Halbleiterkörpers genau einzujustieren.

Aus diesem Grunde werden teilweise anstelle der Positivlacke sogenannte Negativlacke verwendet, die sich von den Positivlacken dadurch unterscheiden, daß beim Entwickeln der Photolackschicht nicht die belichteten Bereiche, sondern die unbelichteten Bereiche vom Entwickler angegriffen werden. Bei Verwendung von Negativlacken anstelle von Positivlacken muß bei der Herstellung von Diffusionsfenstern dementsprechend nicht die gesamte Platte mit Ausnahme des Diffusionsfensterbereiches geschwärzt werden, sondern nur der sehr kleine Diffusionsfensterbereich, so daß nahezu die gesamte Maske lichtdurchlässig bzw. durchsichtig ist. Durch die Verwendung von Negativlacken anstelle.von Positivlacken wird also die Justierung erheblich vereinfacht. Die Negativlacke haben jedoch auch erhebliche Nachteile, da sie beispielsweise ein geringeres Auflösungsvermögen, eine geringere Empfindlichkeit oder eine höhere Löcherdichte haben als Positivlacke.

Aus diesem Grunde sind bereits Masken vorgeschlagen worden,

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die für einen bestimmten Lichtwellenbereich durchlässig, für einen, anderen Wellenbereich dagegen mit Ausnahme des Musters undurchlässig sind. Derjenige Wellenbereich, bei dem die gesamte Maske durchlässig ist und der bei der Einjustierung der Maske Anwendung findet, muß so gewählt werden, daß er keine Belichtung der Photolackschicht hervorruft , da die Photolackschicht bei der Justierung bereits auf der diffusionshemmenden Schicht vorhanden ist und natürlich dabei nicht belichtet werden darf, Die erwähnten Masken mit unterschiedlicher Transparenz in Abhängigkeit von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes haben den Vorteil, daß trotz der Verwendung von Positivlacken eine einwandfreie Justierung der Belichtungsmasken über der Halbleiterscheibe ohne größeren Aufwand möglich ist, indem bei der Justierung ein Licht entsprechender Wellenlänge verwendet wird.

Die oben erwähnten Masken mit unterschiedlicher Transparenz bestehen aus einem transparenten Substrat mit einer absorbierenden Schicht auf der Oberfläche, die für einen bestimmten Wellenbereich durchlässig, für einen anderen Wellenbereich dagegen undurchlässig oder weitgehend undurchlässig ist« Diese Schicht, die das auf eine Photolackschicht zu übertragende Muster in Gestalt von Aussparungen enthält, besteht nach einem älteren Vorschlag

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beispielsweise aus Siliziumoxyd (SiO). SiO hat jedoch den Nachteil, daß es nicht den erforderlichen spektralen Verlauf der Absorption besitzt. Bei SiO nimmt nämlich im fraglichen SpektralbereL ch die Absorption nur schwach mit abnehmender Wellenlänge zu, während für eine Maske mit unterschiedlicher Transparenz ein ausgesprochener Tiefpaßcharakter benötigt wird. Um mit SiO die im Sperrbere i ch erforderliche niedrige Transparenz von Ji 194 zu erreichen, mü^te die Schichtdicke bei Verwendung von SiO außerdem mehrere ,u betragen, wodurch die Feinheit der darin enthaltenen Muster wiederum begrenzt würde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Maske anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist. Nach der Erfindung wird bei einer Maske oder Vorlage zur Abbildung von Mustern auf lichtempi indlichen Schichten, bestehend aus einem transparenten Substrat und einer darauf befindlichen Schicht, die das abzubildende Muster enthält und die in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes eine unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit aufweist, vorgeschlagen, daß diese Schicht aus einer III/V-Verbindung oder einer II/VI-Verbindung besteht. Gute Ergebnisse wer den beispielsweise erzielt, wenn die Schicht aus einem Oxyd, Sulfid, Selenid oder Tellurid der Metalle Zink oder Cadmium besteht* Vor allem ZnSe, CdS oder GaP besitzen

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eine nahezu ideale & >ektrale Durchlässigkeit.

Die Figur 1 zeigt eine Maske aus einem transparenten Substrat 1, welches beispielsweise aus Glas besteht» Auf dieses Substrat ist eine Schicht 2 aufgebracht, die aus einem der nach der Erfindung vorgesehenen Stoffe besteht. Die dünne Schicht 2 kann beispielsweise im Vakuum durch thermische Verdampfung, durch Kathodenzerstäubung oder auch durch pyrolytische Abscheidung auf das Substrat 1 aufgebracht werden. Die Dicke der Schicht 2 wird vorzugsweise so gewählt, daß sich im Sperrbereich die gewünschte niedrige Durchlässigkeit, auch Transmission genannt, ergibt, die bei ca. 196 oder darunter liegen sollte« Im Durchlaßbereich entstehen, wie die Kurve der Figur k zeigt, wegen des relativ hohen Brechungskoeffizienten der in Frage kommenden Materialien starke periodische Schwankungen der Durchlässigkeit (Transmission) durch Dickeninterferenzen an der Schicht 2, die sich mit der Schichtdicke stark verändern. Die genaue Schichtdicke in dem durch die Sperrtransmission <,, 1% gegebenen Dickenbereich wird daher vorteilhaft so gewählt, daß bei einer bevorzugten Wellenlänge im Durchlaßbereich_/z.B. 5k6 um, ein Durchlas si gkeit start ximum auftritt. Bei Verwendung von ZnSe als Material für die Schicht 2 ist beispielsweise eine Schichtdicke für die Schicht 2 von o,5 bis o,8yU und bei Verwen-

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dung von CdS eine Schichtdicke von o,3 his o,6,u vorteilhaft« Die Schicht 2 sollte ganz allgemein so gewählt werden, daß im Sperrhereich eine mindestens um den Faktor 2o kleinere Durchlässigkeit als in einem bei längeren Wellenlängen liegenden Durchlaßbereich vorhanden ist.

Das gemäß der Figur 2 vorgesehene Maskenmuster 3 wird in bekannter Weise durch Ätz- oder Strippingverfahren in die dünne Schicht 2 übertragen. Unter Strippingverfahren versteht man ein Verfahren, bei dem die gewünschte Struktur zunächst als Negativ in Form einer Photolackstruktur auf das Substrat aufgebracht und anschließend die Oberfläche mit der dünnen Schicht 2 vollständig bedeckt wird. Mit einem Lösungsmittel wird dann die Photolackschicht zum Quellen gebracht und entfernt, wobei die dünne Schicht 2 nur in den Fenstern der Photolackschicht auf dem Substrat als Positiv stehen bleibt.

Falls die Schicht 2 ein Ätzmittel erfordert, durch das das transpare ite Substrat 1 angegriffen wird (z.B. HF-haltige Atzlösungen), ist das Strippingverfahren vorzuziehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, vor dem Aufbringen der Schicht 2 auf das Substrat 1 die Substratoberfläche gemäß der Figur 5 »it einer dünnen ätzresistenten Schicht k zu passivieren, die z.B. aus Tantaloxyd besteht.

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Die Figur 3 entspricht der Querschnittdarstellung der Figur 2 und zeigt die nach der Erfindung vorgesehene Maske in einer Draufsicht_s die die Struktur des in die Schicht eingebrachten Musters eiKennen läßt. Wie der Figur 3 zu entnehmet, ist, besteht das Muster aus einer Vielzahl von rechteckförmigen Öffnungen 3> die zur Herstellung einer Vielzahl von Diffusionsfenstern in einer auf einem Halbleiterplättchen befindlichen Isolierschicht dienen. Zuvor muß dieses Muster aber erst auf eine Photolackschicht auf der Isolierschicht übertragen werden, die dann als Ätzmaske beim Ätzen der Diffusionsfenster „n die Isolierschicht dient. Durch die Diffusionsfenster in der Isolierschicht werden schließlich Diffusionszonen in das Halbleiterplättchen eindiffundiert, wobei jede Diffusionszone im allgemeinen einem gesonderten Halbleiterbauelement zugeordnet ist. Bei der heutigen Diffusionstechriik beschränkt man sxch nämlich nicht auf ein einzelnes Bauelement in einem Halbleiterkörper, sondern diffundiert gleichzeitig viele Diffusionszoneri für eine Vielzahl von einzelnen Bauelementen in einem entsprechend größeren Halbleiterplättchen.

Bei starker mechanischer Beans} mchung der Masken, wie sie beispielsweise beim Kontaktkopierverfahren vorkommt, und bei der Notwendigkeit, die Masken einer häufigen

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Reinigung zu unterziehen, wi/d über der dünnen optisch aktiven Schicht 2 ge:uäß der Figur 6 vorzugsweise eine Schutzschicht 5 angeordnet, die mechanisch und chemisch resistent ist. Diese Schutzschicht hat natürlich ebenso wie die Ätzschutzschicht der Figur 5 nicht nur im Falle der vorliegenden Erfindung, sondern ganz allgemein Bedeutung» Sowohl die Deckschicht wie auch die Schutzschicht sollten eine möglichst geringe Absorption besitzen» Als Materialien für die Schutzichicht 5 eignen sich beispielsweise SiO, SiO , Si₀N, oder SiC. Diese Materialien können beispielsweise wiederum durch thermische Verdampfung oder durch Kathodenzerstäubung im Vakuum aufgebracht werden. Zweckmäßigerweise wird die Schutzschicht 5 erst nach der Herstellung des Musters 3 in der optisch aktiven Schicht aufgebracht, so daß sie sowohl die Schicht 2 als auch die darin befindlichen Fenster 3 bedeckt.

Die Schichtdicke und der Brechungskoeffizient der Schutzschicht 5 werden im Verhältnis zu den Brechungskoeffizienten des transparenten Substrats 1 und der optisch aktiven Schicht 2 so gewählt, daß die Schutzschicht 5 auf der aktiven Schicht 2 eine Reflexionserhöhung und in den Fenstern 3 auf dem Substrat 1 eine Reflexionsverminderung ergibt, und zwar bezogen auf eine ausgewählte, im Sperrberc ch der Schicht 2 liegende Wellenlänge. Dies hat den

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Vorteil, daß dadurch d*?r Kontrast der Maske verbt-i crt wird, Dies gilt ebenso, wenn die Maske von der Rückseite, d„h. durch das Substrat hindurch, beleuchtet wird» Im einfachsten Fall erreicht man diese Bedingung dadurch, daß die Dicke der Schutzschicht 5 gleich n. J^. /2 und ihr Brechungskoeffizient zwischen dem des Substrates 1 und der aktiven Schicht 2 gewählt werden. Dem kommt der Umstand entgegen, daß ZnSe, CdS und GaP hohe Brechungskoeffizienten besitzen.

Die Verwendung von Masken, die nach der Erfindung ausgebildet sind, ist natürlich nicht auf die Halbleitertechnik beschränkt, sondern solche Masken können natürlich auch mit Vorteil auf anderen Gebieten der Technik Anwendung finden.

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Claims

P a t e r» ι a . # ρ r ü c h e

1) Maske oder Vorlage zur Abbildung von Mustern auf lichtempfindlichen Schichten, bestehend aus einem transparenten Substrat und einer darauf befindlichen Schicht, die das abzubildende Muster enthält und die in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes eine unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht aus einer Ill/V-Verbindung oder einer II/VI-Verbindung besteht.

2) Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Oxyd, Sulfid, Selenid oder Tellurid der Metalle Zink oder Cadmium besteht.

3) Maske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus ZnSe, CdS oder GaP besteht.

k) Maske nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht derart gewählt ist, daß für Lxcht ein Sperrbereich unterhalb einer Wellenlänge von k5o nm und ein Durchlaßbereich oberhalb einer Wellenlänge von 5oo nm vorhanden ist.

5) Maske nach einem der Ansprüche 1 bis d, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß di«r Dicke der Schicht derart gewählt ist, daß die Durchlässxgkeit im Sperrbereich kleiner als 1% ist.

6) Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht derart gewählt ist, daß ein durch Dickeninterferenz entstehendes Durchlas sigkeitsmaximum im Durchlaßbereich auf eine bestimmte Beobachtungswellenlänge fällt.

7) Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht derart gewählt ist, daß im Sperrbereich eine mindestens um den Faktor 2o kleinere Durchlässigkeit als in einem bei längeren Wellenlängen liegenden Durchlaßbereich vorhanden ist.

ei) Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch ge-? kennzeichnet, daß zwischen der ersten Schicht und dem Substrat eine Schutzschicht angeordnet ist, die zum Schutz des Substrates beim Ätzen eines Musters in die erste Schicht dient.

9) Maske nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Tantaloxyd besteht.

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10) Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 9 t dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Schicht eine Deckschicht angeordnet ist.

11) Maske nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht derart ausgebildet ist, daß sie auf der ersten Schicht eine Reflexionserhöhung und auf dem Substrat oder einer auf dem Substrat befindlichen Schutzschicht im Bereich der durch das Muster vorgegebenen Öff nungen eine Reflexionsverminderung ergibt.

12) Maske nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Deckschicht ein Vielfaches von /. /2 beträgt und daß ihr Brechungskoeffizient zwischen demjenigen des Substrats und demjenigen der ersten Schicht liegt

13) Maske nach einem der Ansprüche Io bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Deckschicht aus Siliziumoxyd, Siliziumdioxyd, Siliziumnitrid oder aus Siliziumcarbid besteht.

Ik) Verfahren zum Herstellen einer Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die das Muster enthaltende Schicht durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder durch pyrolytische Abscheidung aufgebracht

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15) Verfahren zum Herstellen einer Maske nach einem der Ansprüche 1 bis lA, dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster in die Schicht durch Ätzen mit Hilfe der Photolacktechnik eingebracht wird.

16) Verfahren zum Herstellen einer Maske nach einem der Ansprüche 1 bis lA, dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster in die Schicht durch Stripping- bzw. Ablöseverfahren mit Hilfe der Photolacktechnik eingebracht wird.

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